CN110081780A - 一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法 - Google Patents

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孙晓霞
杜哲
王新厚
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
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Abstract

本发明提供了一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)将一定量的酮戊二酸和亚甲基双丙烯酰胺溶于所述酮戊二酸和所述亚甲基双丙烯酰胺的良溶剂中；(2)向所述共混溶液中加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和对苯乙烯磺酸钠；(3)加热至所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述对苯乙烯磺酸钠完全溶解，并加入过量的氯化钠，静置；(4)将步骤(3)所得溶液和高性能纤维织物均放入模具中，并对所述模具进行光照，聚合成复合材料；(5)取出所述复合材料，置于去离子水中消肿，至完全复合成型。本发明技术方案的柔性防刺吸能复合材料具有高韧性、高撕裂强度、高拉伸模量和低弯曲模量特点，防刺效果良好，成型效果好，适应范围广。

Description

一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及柔性防护纺织材料领域，特别涉及一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法。
背景技术
国内外的恐怖袭击事件和暴力冲突时有发生，对人们生命造成威胁的不仅来自枪支弹药，还来自于刺刀、匕首等锐器。国内外市场对防穿刺军服、防弹头盔和防割裂手套等人体防护用装备有大量地需求。由于我国枪支管制严格，目前的高危行业的人员更多需要的是能抵抗尖锐器具的防护产品。防刺服是一种能减少人体防护部位受到刺伤威胁的服装，它能有效地防护匕首等常见锐器从各种角度刺入对人体的攻击。目前市面上存在硬质防刺服、半硬质防刺服和软质防刺服。但硬质防刺服和半硬质都存在其重量较大和穿着舒适性和灵活性受限的缺陷，因此研究软质防刺服成为了发展趋势。
软质防刺服不仅要达到防刺性能，同时要具有一定的灵活性，易于穿脱，穿着舒适，轻便等。目前的柔性防刺材料大多采用了玻璃纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯等高性能纤维的织物进行复合加工，包括柔性复合类、涂层整理类和纤维-树脂类防刺材料，但是都存在成本高，柔性和高性能不能充分实现的问题，因此急需研制出一种高性能的柔性防刺材料。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能且成本低的柔性防刺吸能复合材料。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
本发明提供了一种柔性防刺吸能复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将一定量的酮戊二酸和亚甲基双丙烯酰胺溶于所述酮戊二酸和所述亚甲基双丙烯酰胺的良溶剂中，得到均一的共混溶液；
(2)向所述共混溶液中加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和对苯乙烯磺酸钠；
(3)加热至所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述对苯乙烯磺酸钠完全溶解，并加入过量的氯化钠，静置；
(4)将步骤(3)所得溶液和高性能纤维织物均放入模具中，并对所述模具进行光照，聚合成复合材料；
(5)取出所述复合材料，置于去离子水中消肿至完全复合成型。
优选地，步骤(1)中，所述酮戊二酸的质量分数为0.6％-0.8％，所述亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.7％-0.9％。
优选地，步骤(1)中，所述良溶剂为去离子水。
优选地，所述良溶剂的体积为50mL～100mL。
优选地，步骤(2)中，所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与所述对苯乙烯磺酸钠的摩尔比比为(0.45～0.50):(0.55～0.50)。
优选地，步骤(3)中，所述氯化钠的质量为1.4625g～2.9250g。
优选地，所述高性能纤维织物为芳纶纤维、玻璃纤维、高强涤纶纤维或超高分子量聚乙烯。
进一步优选地，所述高性能纤维平纹织物。
优选地，步骤(3)中，加热温度为65℃～75℃，且在室温下静置。
优选地，步骤(4)中，所述模具的正反面均需要进行光照。优选地，正、反面的光照时间均为6小时。
优选地，步骤(4)中，采用紫外线照射所述模具。
本发明还提供了一种柔性防刺吸能复合材料，包括高性能纤维织物和覆盖于所述高性能纤维织物表面的聚合物，所述聚合物是通过上述的制备方法覆盖于所述高性能纤维织物的表面。
与现有技术相比，本发明技术方案的柔性防刺吸能复合材料及其制备方法具有以下有益效果：
(1)柔性防刺吸能复合材料结合了坚韧的聚电解质和高强的纤维材料的优点，具有高韧性、高撕裂强度、高拉伸模量和低弯曲模量特点，防刺效果良好，成型效果好，适应范围广。
(2)在模具中进行复合聚合并固化，能够实现聚合物与高强纤维材料在边界和内部的有效粘结，使两者紧密结合，达到良好的成型效果和防护性能。
(3)织物组织采用平纹，其具有密度大、强度高的特点，能够实现防刺效果。
(4)步骤(5)中将复合材料浸水会产生消肿现象，促使其高性能纤维材料紧密固结，使复合材料的力学性能更加优异，有较高的韧性和撕裂强度。
(5)柔性防刺吸能复合材料以聚合物作为基体，而高强纤维材料作为增强体，基体具有消散能量的效果，能量部分释放后接触到内部的高强纤维材料进行进一步释放，可以达到更好的防刺吸能效果。
附图说明
图1是本发明技术方案的柔性防刺吸能复合材料的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
一种柔性防刺吸能复合材料，主要由以下步骤制备获得：
(1)用ME104E梅特勒-托利电子天平分别称取0.36525g的酮戊二酸和0.385425g亚甲基双丙烯酰胺，溶于50mL去离子水中，在室温下，使之充分搅拌至完全溶解，得到澄清透明的共混溶液；
(2)在磁力搅拌器的搅拌下，向共混溶液中加入9.29616g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和10.72128g对苯乙烯磺酸钠；
(3)在70℃下，加热至丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和对苯乙烯磺酸钠完全溶解，并加入1.4625g的氯化钠颗粒，静置；
(4)将步骤(3)所得溶液和芳纶纤维机织布均放入模具中，并将该模具置于手套箱中，经紫外线照射12小时；
(5)取出经步骤(4)获得的复合材料，置于去离子水中4天，使其消肿，完全复合成型达到平衡，即制得柔性防刺吸能复合材料。
实施例2
一种柔性防刺吸能复合材料，主要由以下步骤制备获得：
(1)用ME104E梅特勒-托利电子天平分别称取0.36525g的酮戊二酸和0.385425g亚甲基双丙烯酰胺，溶于50mL去离子水中，在室温下，使之充分搅拌至完全溶解，得到澄清透明的共混溶液；
(2)在磁力搅拌器的搅拌下，向共混溶液中加入9.29616g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和10.7305g对苯乙烯磺酸钠；
(3)在70℃下，加热至丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和对苯乙烯磺酸钠完全溶解，并加入1.4625g的氯化钠颗粒，静置；
(4)将步骤(3)所得溶液和涤纶机织布均放入模具中，并将该模具置于手套箱中，经紫外线照射6小时后，翻转模具继续进行6小时紫外灯光照；
(5)取出经步骤(4)获得的复合材料，置于去离子水中4天，使其消肿，完全复合成型达到平衡，即制得柔性防刺吸能复合材料。
如图1所示，由实施例1和实施例2制备的柔性防刺吸能复合材料的结构主要包括高性能纤维织物1和覆盖于高性能纤维织物1表面的聚合物2。
实施例3
对实施例1和2所得复合材料分别进行准静态穿刺实验。
实施例1中，芳纶纤维机织布的平均刺破强力为19.0N，芳纶复合材料的平均刺破强力为46.8N，刺破强力提高了146.3％；
实施例2中，涤纶机织布的平均刺破强力为10.2N，涤纶复合材料的平均刺破强力为25.0N，刺破强力提高了145.1％。
由测试结果可看出，本发明的柔性防刺吸能复合材料能显著提高对穿刺能量的耗散能力，进而显著提高了织物的防刺性能。

Claims (10)

1.一种柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将一定量的酮戊二酸和亚甲基双丙烯酰胺溶于所述酮戊二酸和所述亚甲基双丙烯酰胺的良溶剂中，得到均一的共混溶液；
(2)向所述共混溶液中加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和对苯乙烯磺酸钠；
(3)加热至所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述对苯乙烯磺酸钠完全溶解，并加入过量的氯化钠，静置；
(4)将步骤(3)所得溶液和高性能纤维织物均放入模具中，并对所述模具进行光照，聚合成复合材料；
(5)取出所述复合材料，置于去离子水中消肿，至完全复合成型。
2.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述酮戊二酸的质量分数为0.6％-0.8％，所述亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.7％-0.9％。
3.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述良溶剂为去离子水。
4.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，所述良溶剂的体积为50mL～100mL。
5.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与所述对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为(0.45～0.50):(0.55～0.50)。
6.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氯化钠的质量为1.4625g～2.9250g。
7.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，所述高性能纤维织物为平纹，并选自以下材质：玻璃纤维、芳纶纤维、高强涤纶纤维或超高分子量聚乙烯。
8.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加热温度为65℃～75℃，且在室温下静置。
9.如权利要求1所述的柔性防刺吸能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述模具的正反面均需要进行光照。
10.一种柔性防刺吸能复合材料，其特征在于，包括高性能纤维织物和覆盖于所述高性能纤维织物表面的聚合物，所述聚合物是通过权利要求1至9任一项所述的制备方法覆盖于所述高性能纤维织物的表面。
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